苯的取代反應機理介紹
苯環上的氫原子在一定條件下可以被鹵素、硝基、磺酸基、烴基等取代,生成相應的衍生物。由于取代基的不同以及氫原子位置的不同、數量不同,可以生成不同數量和結構的同分異構體。
苯環的電子云密度較大,所以發生在苯環上的取代反應大都是親電取代反應。親電取代反應是芳環有代表性的反應。苯的取代物在進行親電取代時,第二個取代基的位置與原先取代基的種類有關。?
鹵代反應
苯的鹵代反應的通式可以寫成:
反應過程中,鹵素分子在苯和催化劑的共同作用下異裂,X+進攻苯環,X-與催化劑結合。
以溴為例,將液溴與苯混合,溴溶于苯中,形成紅褐色液體,不發生反應,當加入鐵屑后,在生成的溴化鐵的催化作用下,溴與苯發生反應,混合物呈微沸狀,反應放熱有紅棕色的溴蒸汽產生,冷凝后的氣體遇空氣出現白霧(HBr)。催化歷程:
反應后的混合物倒入冷水中,有紅褐色油狀液團(溶有溴)沉于水底,用稀堿液洗滌后得無色液體溴苯。
在工業上,鹵代苯中以氯和溴的取代物最為重要。?
硝化反應
苯和硝酸在濃硫酸作催化劑的條件下可生成硝基苯
硝化反應是一個強烈的放熱反應,很容易生成一取代物,但是進一步反應速度較慢。其中,濃硫酸做催化劑,加熱至50~60攝氏度時反應,若加熱至70~80℃時苯將與硫酸發生磺化反應,因此一般用水浴加熱法進行控溫。苯環上連有一個硝基后,該硝基對苯的進一步硝化有抑制作用,硝基為鈍化基團。?
磺化反應
用發煙硫酸或者濃硫酸在較高(70~80℃)溫度下可以將苯磺化成苯磺酸。
苯環上引入一個磺酸基后反應能力下降,不易進一步磺化,需要更高的溫度才能引入第二、第三個磺酸基。這說明硝基、磺酸基都是鈍化基團,即妨礙再次親電取代進行的基團。
傅-克反應
在AlCl3催化下,苯也可以和醇、烯烴和鹵代烴反應,苯環上的氫原子被烷基取代生成烷基苯。這種反應稱為烷基化反應,又稱為傅-克烷基化反應。例如與乙烯烷基化生成乙苯:
在反應過程中,R基可能會發生重排:如1-氯丙烷與苯反應生成異丙苯,這是由于自由基總是趨向穩定的構型。
在強硫酸催化下,苯與酰鹵化物或者羧酸酐反應,苯環上的氫原子被酰基取代生成酰基苯。反應條件類似烷基化反應,稱為傅-克反應。例如與乙酰氯的反應:
加成反應
苯環雖然很穩定,但是在一定條件下也能夠發生雙鍵的加成反應。通常經過催化加氫,鎳作催化劑,苯可以生成環己烷,但反應極難。
此外由苯生成六氯環己烷(六六六)的反應可以在紫外線照射的條件下,由苯和氯氣加成而得。該反應屬于苯和自由基的加成反應。
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技術原理